DE102005049228B4 - Detector with an array of photodiodes - Google Patents

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Abstract

Detektor mit einem Array von Photodioden (10), welche hinsichtlich der Größe ihrer lichtsensitiven Empfangsfläche jeweils einem Pixel entsprechen, wobei jede Photodiode (20) in gleicher Weise in wenigstens zwei Sub-Photodioden (21, 22) untergliedert ist, und wobei jede Photodiode (20) wenigstens einen elektrischen Schalter (23) aufweist, so dass nur eine oder alle Sub-Photodioden (21, 22) der Photodiode (20) mit einer Auswerteschaltung (13) verbindbar sind, wobei jede Photodiode (20) in eine erste (21) und in eine zweite (22) Sub-Photodiode untergliedert ist, wobei die erste Sub-Photodiode (21) hinsichtlich ihrer lichtsensitiven Empfangsfläche quadratisch oder rechteckförmig ausgebildet ist, und wobei der Detektor weiterhin ein dem Array von Photodioden (10) zugeordnetes und relativ zu dem Array von Photodioden (10) ausgerichtetes Array von Szintillatorelementen (9) aufweist, so dass einer Photodiode (20) jeweils ein Szintillatorelement (14) zugeordnet ist, wobei die Szintillatorelemente (14) jeweils in mehrere Sub-Elemente (15, 16, 17, 18) unterteilt sind, wobei genau ein Sub-Element (18) eines Szintillatorelementes (14) der ersten Sub-Photodiode (21) zugeordnet ist und die restlichen Sub-Elemente (15, 16, 17) des Szintillatorelementes (14) der zweiten Sub-Photodiode (22) zugeordnet sind, wobei die Szintillatorelemente (14) sowie die Sub-Elemente (15, 16, 17, 18) durch Schlitze (30, 31, 32) voneinander getrennt sind, die mit einem Licht reflektierenden Material gefüllt sind.Detector with an array of photodiodes (10), each of which corresponds to a pixel in terms of the size of its light-sensitive receiving surface, each photodiode (20) being subdivided in the same way into at least two sub-photodiodes (21, 22), and each photodiode ( 20) has at least one electrical switch (23) so that only one or all of the sub-photodiodes (21, 22) of the photodiode (20) can be connected to an evaluation circuit (13), each photodiode (20) in a first (21 ) and is subdivided into a second (22) sub-photodiode, the first sub-photodiode (21) having a square or rectangular shape with regard to its light-sensitive receiving surface, and the detector also having an array of photodiodes (10) assigned and relative to has an array of scintillator elements (9) aligned with the array of photodiodes (10), so that one scintillator element (14) is assigned to each photodiode (20), the scintillator elements te (14) are each divided into several sub-elements (15, 16, 17, 18), with exactly one sub-element (18) of a scintillator element (14) being assigned to the first sub-photodiode (21) and the remaining sub -Elements (15, 16, 17) of the scintillator element (14) are assigned to the second sub-photodiode (22), the scintillator elements (14) and the sub-elements (15, 16, 17, 18) through slots (30, 31, 32), which are filled with a light-reflecting material.

Description

Die Erfindung betrifft einen Detektor insbesondere für Röntgenstrahlung mit einem Array von Photodioden, welche hinsichtlich der Größe ihrer lichtsensitiven Empfangsfläche jeweils einem Pixel entsprechen.The invention relates to a detector, in particular for X-ray radiation, having an array of photodiodes which correspond in each case to one pixel in terms of the size of their light-sensitive receiving surface.

Bei der Bildgebung mit einem Röntgengerät, z. B. mit einem Röntgen-Computertomographiegerät, welches ein Röntgenaufnahmesystem mit einer Röntgenstrahlenquelle und einem Röntgenstrahlendetektor aufweist, ist man bestrebt, die Detektionsfläche des zur Bildgewinnung zur Verfügung stehenden Röntgenstrahlendetektors möglichst groß auszuführen, um beispielsweise in einem Umlauf des Röntgensystems um einen Patienten ganze Organe, wie das Herz des Patienten, abscannen zu können. Ein derartiger, auch als Flächendetektor bezeichneter Röntgenstrahlendetektor ist in der Regel aus einer Vielzahl von Detektormodulen aufgebaut, welche zweidimensional aneinander gereiht sind. Jedes Detektormodul weist ein Array von Szintillatorelementen und ein Array von Photodioden auf, welche zueinander ausgerichtet sind. Ein Szintillatorelement und eine Photodiode bilden dabei ein Detektorelement des Detektormoduls. Ein Detektorelement repräsentiert ein Pixel des Detektors. Die Szintillatorelemente wandeln auf sie auftreffende Röntgenstrahlung in sichtbares Licht um, welches von den nachgelagerten Photodioden des Arrays von Photodioden in elektrische Signale umgesetzt wird.When imaging with an X-ray machine, z. B. with an X-ray computed tomography device, which has an X-ray recording system with an X-ray source and an X-ray detector, one strives to make the detection surface of the X-ray detector available for image acquisition as large as possible, for example, in a single revolution of the X-ray system to a patient whole organs such the patient's heart to be able to scan. Such an X-ray detector, which is also referred to as an area detector, is generally constructed from a multiplicity of detector modules, which are arranged two-dimensionally next to one another. Each detector module has an array of scintillator elements and an array of photodiodes aligned with each other. A scintillator element and a photodiode thereby form a detector element of the detector module. A detector element represents a pixel of the detector. The scintillator elements convert incident X-radiation into visible light, which is converted by the downstream photodiodes of the array of photodiodes into electrical signals.

In bestimmten medizinischen Diagnosefällen besteht der Wunsch, mit dem Röntgengerät Bilder von einem Untersuchungsobjekt erzeugen zu können, die eine höhere Ortsauflösung haben als die durch das Raster der Detektorelemente bzw. das Raster der Pixel vorgegebene Ortsauflösung des verwendeten Röntgenstrahlendetektors. Hierzu ist es aus der DE 101 45 997 A1 bekannt, eine Hochauflösungsblende zu verwenden, die eng benachbarte Blendenschlitze aufweist und aus einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material, in der Regel aus einem Schwermetall, ausgebildet ist. Die Hochauflösungsblende schattet einen Teil von jedem Pixel des Arrays von Szintillatorelementen ab, so dass jeweils nur ein Teil eines Szintillatorelementes mit Röntgenstrahlung beaufschlagt wird, wodurch eine höhere Ortsauflösung erzielt wird. Um eine höhere Ortsauflösung zu erreichen, wird allerdings nur ein Teil der durch den Patienten hindurch getretenen Röntgenstrahlung zur Bildgebung benutzt.In certain medical diagnostic cases, there is a desire to be able to use the X-ray machine to generate images of an examination object which have a higher spatial resolution than the spatial resolution of the X-ray detector used by the grid of the detector elements or the grid of the pixels. For this it is from the DE 101 45 997 A1 It is known to use a high resolution shutter which has closely adjacent shutter slots and is formed of an X-ray absorbing material, typically a heavy metal. The high-definition shutter shadows a part of each pixel of the array of scintillator elements so that only a part of a scintillator element in each case is exposed to X-radiation, whereby a higher spatial resolution is achieved. In order to achieve a higher spatial resolution, however, only a portion of the X-ray radiation passed through the patient is used for imaging.

Um zusätzlich zu Röntgenaufnahmen mit einer dem Raster der Pixel entsprechenden Ortsauflösung auch Röntgenaufnahmen mit höherer Ortsauflösung gewinnen zu können, ist die Hochauflösungsblende in der Regel motorisch zwischen einer Arbeitsstellung und einer axial versetzten Nichtbetriebsstellung verfahrbar. Demnach ist an dem Röntgenaufnahmesystem zusätzlich eine bewegte Komponente, nämlich die Hochauflösungsblende, vorhanden, die für den Betrieb justiert werden muss und für die zusätzlicher Bauraum an dem Röntgenaufnahmesystem bereit gestellt werden muss, um die Hochauflösungsblende im Falle der Nichtbenutzung so aufnehmen zu können, dass sie die anderweitige Bildgewinnung mit dem Röntgenaufnahmesystem nicht behindert. Des Weiteren erfordert das Verfahren der Hochauflösungsblende in eine Arbeitsstellung und eine Nichtbetriebsstellung eine aufwändige und somit teuere Mechanik.In order to be able to obtain x-ray images with a higher spatial resolution in addition to x-ray exposures having a spatial resolution corresponding to the grid of the pixels, the high-resolution diaphragm can generally be moved between a working position and an axially offset non-operating position by motor means. Accordingly, the X-ray recording system additionally has a moving component, namely the high-resolution diaphragm, which must be adjusted for operation and for which additional space must be provided on the X-ray recording system in order to be able to record the high-definition diaphragm in the event of non-use in such a way that it can the other image acquisition with the X-ray recording system is not hindered. Furthermore, the method of high-resolution diaphragm in a working position and a non-operating position requires a complex and therefore expensive mechanics.

Die Druckschrift EP 1 312 938 A2 offenbart eine Anordnung von Sensorelementen, wobei die Sensorelemente dazu vorgesehen sind, elektromagnetische Strahlung wie Röntgenstrahlung oder Licht zu detektieren und dabei ein der Strahlungsintensität entsprechendes Ladungssignal zu erzeugen. Weiterhin weist ein Sensorelement Mittel auf, die die Bestimmung der Dosis der auftreffenden Strahlung ermöglichen. In der Anordnung bilden die Sensorelemente Gruppen, sodass die Ausgänge aller Sensorelemente einer Gruppe gekoppelt sind und die Sensorelemente einer Gruppe vorzugsweise benachbart angeordnet sind. Dadurch ist einerseits eine Bestimmung der Dosis in diesen Bereichen möglich und andererseits können durch das Kombinieren von Ausgangssignalen mehrerer Sensorelemente Bilder mit einer niedrigeren Auflösung auf einfache Art und Weise gebildet werden. Eine solche Anordnung kann beispielsweise in einer Röntgendiagnoseeinrichtung oder in einem optischen bildaufnehmenden System eingesetzt werden.The publication EP 1 312 938 A2 discloses an arrangement of sensor elements, wherein the sensor elements are provided to detect electromagnetic radiation such as X-rays or light and thereby to generate a radiation intensity corresponding charge signal. Furthermore, a sensor element has means which enable the determination of the dose of the incident radiation. In the arrangement, the sensor elements form groups, so that the outputs of all sensor elements of a group are coupled and the sensor elements of a group are preferably arranged adjacent. As a result, on the one hand a determination of the dose in these areas is possible and on the other hand, by combining output signals of several sensor elements, images with a lower resolution can be formed in a simple manner. Such an arrangement can be used for example in an X-ray diagnostic device or in an optical image-receiving system.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Detektor der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass mit dem Detektor Röntgenaufnahmen mit höherer Ortsauflösung möglich sind, ohne eine Hochauflösungsblende verwenden zu müssen.The invention is therefore based on the object to provide a detector of the type mentioned above such that with the detector X-ray images with higher spatial resolution are possible without having to use a high-resolution aperture.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Detektor mit einem Array von Photodioden, welche hinsichtlich der Größe ihrer lichtsensitiven Empfangsfläche jeweils einem Pixel entsprechen, wobei jede Photodiode in gleicher Weise in wenigstens zwei Sub-Photodioden untergliedert ist, und wobei jede Photodiode wenigstens einen elektrischen Schalter aufweist, so dass nur eine oder alle Sub-Photodioden der Photodiode mit einer Auswerteschaltung verbindbar sind. Es wird also vorgeschlagen, die lichtsensitive Empfangsfläche jeder Photodiode des Arrays, welche einem Pixel entspricht, nochmals in wenigstens zwei Sub-Photodioden zu unterteilen, und die Photodiode derart mit einem Schalter zu versehen, dass zur Aufnahme von Röntgenprojektionen mit hoher Ortsauflösung nur die eine Sub-Photodiode aktiv ist und im Falle der Aufnahme von Röntgenprojektionen mit normaler Ortsauflösung alle Sub-Photodioden aktiv sind, was dem konventionellen Betrieb der Photodiode entsprechen würde. Auf diese Weise können Röntgenprojektionen mit einer erhöhten Ortsauflösung gewonnen werden, ohne eine spezielle Hochauflösungsblende verwenden zu müssen, um jeweils einen Teil der Detektorfläche zur Gewinnung von Röntgenprojektion mit erhöhter Ortsauflösung abzuschatten.According to the invention, this object is achieved by a detector having an array of photodiodes, each corresponding to a pixel in size of their light-sensitive receiving surface, wherein each photodiode is subdivided in the same way in at least two sub-photodiodes, and wherein each photodiode at least one electrical Has switch, so that only one or all sub-photodiodes of the photodiode can be connected to an evaluation circuit. It is therefore proposed to subdivide the light-sensitive receiving surface of each photodiode of the array, which corresponds to one pixel, into at least two sub-photodiodes, and to provide the photodiode with a switch such that only one sub-substrate is required to acquire X-ray projections with high spatial resolution Photodiode is active and in the case of recording X-ray projections with normal spatial resolution all sub-photodiodes are active, which would correspond to the conventional operation of the photodiode. In this way, X-ray projections with an increased spatial resolution can be obtained without having to use a special high-resolution diaphragm in order to shade each part of the detector surface for obtaining X-ray projection with increased spatial resolution.

Nach einer Variante der Erfindung handelt es sich bei dem Schalter um einen Schalter in CMOS-Technik, der sich in einfacher Weise in eine Photodiode integrieren lässt. Der Schalter wird vorzugsweise über die Auswerteschaltung gesteuert betrieben, so dass je nach Betriebsmodus des Detektors entweder alle Sub-Photodioden einer Photodiode zur Signalgenerierung der Photodiode beitragen, oder dass jeweils nur eine bestimmte Sub-Photodiode einer Photodiode aktiv ist, um die Röntgenprojektion mit erhöhter Ortsauflösung zu gewinnen.According to a variant of the invention, the switch is a switch in CMOS technology, which can be easily integrated into a photodiode. The switch is preferably operated in a controlled manner via the evaluation circuit, so that depending on the operating mode of the detector, either all sub-photodiodes of a photodiode contribute to the signal generation of the photodiode, or that in each case only a specific sub-photodiode of a photodiode is active, the X-ray projection with increased spatial resolution to win.

Erfindungsgemäß ist jede Photodiode in eine erste und in eine zweite Sub-Photodiode untergliedert, wobei die erste Sub-Photodiode hinsichtlich ihrer lichtsensitiven Empfangsfläche quadratisch oder rechteckförmig ausgebildet ist. Nach einer Variante der Erfindung ist die zweite Sub-Photodiode hinsichtlich ihrer lichtsensitiven Empfangsfläche L-förmig ausgebildet. Vorzugsweise ergänzen sich die erste Sub-Photodiode und die zweite Sub-Photodiode zu einer im Wesentlichen quadratischen oder rechteckförmigen Photodiode des Arrays von Photodioden. Auf diese Weise kann durch eine Untergliederung einer konventionellen Photodiode in nur zwei Sub-Photodioden die Aufnahme von Röntgenprojektionen mit erhöhter Ortsauflösung ermöglicht werden. Die für die erhöhte Ortsauflösung verwendete erste Sub-Photodiode weist dabei die quadratische oder rechteckförmige Gestalt auf, wie sie auch eine konventionelle Photodiode an sich aufweist.According to the invention, each photodiode is subdivided into a first and a second sub-photodiode, wherein the first sub-photodiode is square or rectangular in terms of its light-sensitive receiving surface. According to a variant of the invention, the second sub-photodiode is L-shaped with respect to its light-sensitive receiving surface. Preferably, the first sub-photodiode and the second sub-photodiode complement each other to form a substantially square or rectangular photodiode of the array of photodiodes. In this way, by a subdivision of a conventional photodiode in only two sub-photodiodes the recording of X-ray projections with increased spatial resolution can be made possible. The first sub-photodiode used for the increased spatial resolution in this case has the square or rectangular shape, as it also has a conventional photodiode itself.

Weiterhin erfindungsgemäß ist dem Array von Photodioden ein relativ zu dem Array von Photodioden ausgerichtetes Array von Szintillatorelementen so zugeordnet, dass einer Photodiode jeweils ein Szintillatorelement zugeordnet ist. Die Szintillatorelemente sind jeweils in wenigstens zwei Sub-Elemente unterteilt. Die Unterteilung der Szintillatorelemente in Sub-Elemente kann dabei in gleicher Weise erfolgen wie die Unterteilung der Photodiode in Sub-Photodioden. Aus Gründen der einfacheren Herstellung des Arrays von Szintillatorelementen sind die Szintillatorelemente insbesondere im Hinblick auf die quadratische oder rechteckförmige Ausbildung der ersten Sub-Photodiode und der L-förmigen Ausbildung der zweiten Sub-Photodiode in vier Sub-Elemente unterteilt. Dabei ist genau ein Sub-Element eines Szintillatorelementes der ersten Sub-Photodiode und sind die restlichen Sub-Elemente des Szintillatorelementes der zweiten Sub-Photodiode zugeordnet.Furthermore, according to the invention, an array of scintillator elements aligned relative to the array of photodiodes is associated with the array of photodiodes in such a way that a scintillator element is assigned to each photodiode. The scintillator elements are each subdivided into at least two sub-elements. The subdivision of the scintillator elements into sub-elements can take place in the same way as the subdivision of the photodiode into sub-photodiodes. For reasons of simplifying the manufacture of the array of scintillator elements, the scintillator elements are subdivided into four subelements, in particular with regard to the square or rectangular configuration of the first sub-photodiode and the L-shaped configuration of the second sub-photodiode. In this case, exactly one sub-element of a scintillator element of the first sub-photodiode and the remaining sub-elements of the scintillator element of the second sub-photodiode are assigned.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Szintillatorelemente sowie die Sub-Elemente durch Schlitze voneinander getrennt, die mit einem Licht reflektierenden Material gefüllt sind, wobei die Schlitze zwischen den Szintillatorelementen breiter als die Schlitze zwischen den Sub-Elementen sind. Auf diese Weise wird eine an das Array der Photodioden angepasste Strukturierung des Arrays von Szintillatorelementen erreicht.According to the present invention, the scintillator elements as well as the sub-elements are separated from each other by slits filled with a light-reflecting material, wherein the slits between the scintillator elements are wider than the slits between the sub-elements. In this way, a structuring of the array of scintillator elements adapted to the array of photodiodes is achieved.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der Detektor mehrere Detektormodule mit jeweils einem Array von Szintillatorelementen und einem Array von Photodioden auf, von denen wenigstens eines ein Array von Photodioden umfasst, dessen Photodioden in gleicher Weise in wenigstens zwei Sub-Photodioden untergliedert sind. Der Detektor muss also nicht vollständig derartige Detektormodule aufweisen, sondern kann auch zum Teil konventionell ausgeführte Detektormodule umfassen, worunter Detektormodule verstanden werden, deren Photodioden und Szintillatorelemente nicht weiter unterteilt sind.According to one embodiment of the invention, the detector has a plurality of detector modules each having an array of scintillator elements and an array of photodiodes, at least one of which comprises an array of photodiodes whose photodiodes are subdivided in the same way into at least two sub-photodiodes. Thus, the detector does not have to have completely such detector modules, but may also partially comprise conventional detector modules, which are understood to be detector modules whose photodiodes and scintillator elements are not further subdivided.

Vorzugsweise ist der Detektor für ein Röntgengerät, insbesondere für ein Röntgen-Computertomographiegerät vorgesehen.The detector is preferably provided for an X-ray device, in particular for an X-ray computed tomography device.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the accompanying schematic drawings. Show it:

1 in schematischer, teilweise blockschaltbildartiger Darstellung ein Computertomographiegerät, 1 in a schematic, partially block diagram representation of a computer tomography device,

2 ein Detektormodul des Computertomographiegerätes aus 1, 2 a detector module of the computed tomography device 1 .

3 eine Draufsicht auf das Array von Szintillatorelementen des Detektormoduls aus 2, 3 a plan view of the array of scintillator elements of the detector module 2 .

4 eine Draufsicht auf das Array von Photodioden des Detektormoduls aus 2, und 4 a plan view of the array of photodiodes of the detector module 2 , and

5 und 6 verschiedene Ausführungsformen von Photodioden. 5 and 6 various embodiments of photodiodes.

In 1 ist in schematischer, teilweise blockschaltbildartiger Darstellung ein Computertomographiegerät 1 gezeigt. Das Computertomographiegerät 1 umfasst eine Röntgenstrahlenquelle 2, von deren Fokus F ein Röntgenstrahlenbündel 3 ausgeht, welches mit in 1 nicht dargestellten, aber an sich bekannten Blenden, beispielsweise fächerförmig oder pyramidenförmig, geformt wird. Das Röntgenstrahlenbündel 3 durchdringt ein zu untersuchendes Objekt 4 und trifft auf einem Röntgenstrahlendetektor 5 auf. Die Röntgenstrahlenquelle 2 und der Röntgenstrahlendetektor 5 sind in in 1 nicht dargestellter Weise einander gegenüberliegend an einem Drehrahmen des Computertomographiegerätes 1 angeordnet, welcher Drehrahmen in φ-Richtung um die Systemachse Z des Computertomographiegerätes 1 drehbar ist. Im Betrieb des Computertomographiegerätes 1 drehen sich die an dem Drehrahmen angeordnete Röntgenstrahlenquelle 2 und der Röntgenstrahlendetektor 5 um das Objekt 4, wobei aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen Röntgenaufnahmen von dem Objekt 4 gewonnen werden. Pro Röntgenprojektion trifft dabei auf dem Röntgenstrahlendetektor 5 durch das Objekt 4 hindurch getretene und durch den Durchtritt durch das Objekt 4 geschwächte Röntgenstrahlung auf dem Röntgenstrahlendetektor 5 auf, wobei der Röntgenstrahlendetektor 5 Signale erzeugt, welche der Intensität der aufgetroffenen Röntgenstrahlung entsprechen. Aus den mit dem Röntgenstrahlendetektor 5 ermittelten Signalen berechnet anschließend ein Bildrechner 6 in an sich bekannter Weise eines oder mehrere zwei- oder dreidimensionale Bilder des Objektes 4, welche auf einem Sichtgerät 7 darstellbar sind.In 1 is a schematic, partially block diagram representation of a computer tomography device 1 shown. The computed tomography device 1 includes an X-ray source 2 , from whose focus F is an X-ray beam 3 goes out, which with in 1 Shown not shown, but known per se, for example, fan-shaped or pyramid-shaped. The x-ray beam 3 pervades a to be examined object 4 and meets an X-ray detector 5 on. The X-ray source 2 and the X-ray detector 5 are in in 1 not shown way opposite each other on a rotating frame of the computed tomography device 1 arranged, which rotary frame in the φ-direction about the system axis Z of the computed tomography device 1 is rotatable. In operation of the computed tomography device 1 the x-ray source arranged on the rotating frame rotate 2 and the X-ray detector 5 around the object 4 , wherein from different projection directions X-ray images of the object 4 be won. Pro X-ray projection hits the X-ray detector 5 through the object 4 passed through and through the passage through the object 4 Weakened X-radiation on the X-ray detector 5 on, wherein the X-ray detector 5 Generates signals which correspond to the intensity of the impacted X-radiation. From those with the X-ray detector 5 determined signals then calculates an image calculator 6 in a conventional manner one or more two- or three-dimensional images of the object 4 which is on a viewing device 7 are representable.

Der Röntgenstrahlendetektor 5 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Vielzahl von Detektormodulen 8 auf, die in φ-Richtung und in z-Richtung nebeneinander auf einem nicht näher dargestellten, an dem Drehrahmen befestigten Detektorbogen angeordnet sind und im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels den flächigen Röntgenstrahlendetektor 5 bilden.The X-ray detector 5 has in the case of the present embodiment, a plurality of detector modules 8th on, which are arranged in the φ-direction and in the z-direction side by side on a not-shown, attached to the rotating frame detector arc and in the case of the present embodiment, the flat X-ray detector 5 form.

Ein Detektormodul 8 des Röntgenstrahlendetektors 5 ist in 2 exemplarisch gezeigt. Das Detektormodul 8 weist einen vertikalen Aufbau auf, wobei ein Array von Szintillatorelementen 9 über einem Array von Photodioden 10 auf Halbleiterbasis angeordnet ist. Oberhalb des Arrays von Szintillatorelementen 9 ist ein Kollimator 12 vorhanden, so dass nur Röntgenstrahlung aus einer bestimmten Raumrichtung auf das Array von Szintillatorelementen 9 gelangen kann. Das Array von Photodioden 10 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels auf einer Leiterplatte 11 angeordnet, auf deren anderer Seite sich nicht näher dargestellte, zu einer Auswerteschaltung 13 gehörende elektrotechnische Bauelemente befinden, die die von den Photodioden des Arrays von Photodioden 10 erzeugten elektrischen Signale vorverarbeiten. Die vorverarbeiteten Signale werden anschließend in nicht explizit dargestellter Weise, beispielsweise mit Schleifringen, von dem Drehrahmen zu dem Rechner 6 übertragen, welcher z. B. zweidimensionale Schnittbilder oder dreidimensionale Bilder von dem Objekt 4 rekonstruiert.A detector module 8th of the X-ray detector 5 is in 2 shown as an example. The detector module 8th has a vertical structure, wherein an array of scintillator elements 9 over an array of photodiodes 10 is arranged on a semiconductor basis. Above the array of scintillator elements 9 is a collimator 12 present, allowing only X-rays from a particular spatial direction on the array of scintillator elements 9 can get. The array of photodiodes 10 is in the case of the present embodiment on a circuit board 11 arranged on the other side not shown in detail, to an evaluation circuit 13 belonging to electrotechnical components are those of the photodiodes of the array of photodiodes 10 Pre-process generated electrical signals. The preprocessed signals are then in a manner not explicitly shown, for example with slip rings, from the rotating frame to the computer 6 transferred, which z. B. two-dimensional sectional images or three-dimensional images of the object 4 reconstructed.

Um mit dem Computertomographiegerät 1 Bilder von dem Objekt 4 mit einer höheren Ortsauflösung, als es durch das Raster der Pixel vorgegeben ist, erzeugen zu können, ist das Array von Szintillatorelementen 9 in der in 3 gezeigten Weise strukturiert worden. Die 3 zeigt dabei eine Draufsicht auf das Array von Szintillatorelementen 9 aus 2. Wie aus 3 zu erkennen ist, umfasst das Array von Szintillatorelementen 9 eine Vielzahl von von in φ-Richtung verlaufenden Zeilen und in z-Richtung verlaufenden Spalten angeordneten Szintillatorelementen 14, von denen jedes ein Pixel repräsentiert und die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels hinsichtlich ihrer strahlungssensitiven Empfangsfläche quadratisch ausgebildet sind. Die Szintillatorelemente 14 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels nochmals jeweils in vier ebenfalls quadratisch ausgebildete Sub-Elemente 15, 16, 17, 18 unterteilt. Das Array von Szintillatorelementen 9 resultiert dabei aus einer Strukturierung einer scheibenförmigen Szintillatorkeramik, wobei mittels Sägen Schlitze 30, 31, 32 in die Szintillatorkeramik eingebracht wurden, um die Szintillatorelemente 14 sowie die Sub-Elemente 15, 16, 17, 18 auszubilden. Die Schlitze wurden anschließend mit einem Licht reflektierenden Material gefüllt, um ein optisches Übersprechen zwischen den Szintillatorelementen 14 einerseits und den Sub-Elementen 15, 16, 17, 18 andererseits weitgehend zu vermeiden. Wie der 3 entnommen werden kann, ist das Array von Szintillatorelementen 9 im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels derart strukturiert worden, dass die mit dem reflektierenden Material gefüllten Schlitze 30 zwischen den Szintillatorelementen 14, die auch als Septen bezeichnet werden, in φ-Richtung eine größere Breite aufweisen als die in z-Richtung zwischen den Szintillatorelementen 14 vorhandenen Septen 31. Während die Breite der Schlitze 30 zwischen den Szintillatorelementen 14 in φ-Richtung ca. 300 μm beträgt, weisen die Schlitze 31 zwischen den Szintillatorelementen 14 in z-Richtung eine Breite von ca. 80 μm auf. Innerhalb eines Szintillatorelementes 14 ist die Breite der Schlitze 32 zwischen den Sub-Elementen 15, 16, 17, 18 nochmals deutlich geringer und liegt zwischen 30 und 40 μm.To work with the computed tomography device 1 Pictures of the object 4 The array of scintillator elements is to be able to produce with a higher spatial resolution than that given by the raster of the pixels 9 in the in 3 been structured as shown. The 3 shows a plan view of the array of Szintillatorelementen 9 out 2 , How out 3 can be seen, includes the array of scintillator elements 9 a plurality of rows extending in the φ-direction and columns extending in the z-direction arranged scintillator elements 14 each of which represents one pixel and, in the case of the present embodiment, are square in terms of their radiation-sensitive receiving surface. The scintillator elements 14 are in the case of the present embodiment again each in four also square-shaped sub-elements 15 . 16 . 17 . 18 divided. The array of scintillator elements 9 results from a structuring of a disc-shaped scintillator ceramic, wherein by means of sawing slots 30 . 31 . 32 were introduced into the scintillator to the scintillator 14 as well as the sub-elements 15 . 16 . 17 . 18 train. The slots were then filled with a light-reflecting material to cause optical crosstalk between the scintillator elements 14 on the one hand and the sub-elements 15 . 16 . 17 . 18 on the other hand to avoid. Again 3 is the array of scintillator elements 9 in the case of the present embodiment, such that the slots filled with the reflective material 30 between the scintillator elements 14 , also referred to as septa, have a greater width in the φ-direction than in the z-direction between the scintillator elements 14 existing septa 31 , While the width of the slots 30 between the scintillator elements 14 in φ-direction is about 300 microns, have the slots 31 between the scintillator elements 14 in the z-direction, a width of about 80 microns. Within a scintillator element 14 is the width of the slots 32 between the sub-elements 15 . 16 . 17 . 18 again significantly lower and is between 30 and 40 microns.

In 4 ist eine Draufsicht auf das relativ zu dem Array von Szintillatorelementen 9 ausgerichtete Array von Photodioden 10 gezeigt. Das Array von Photodioden 10 umfasst eine Vielzahl von von in φ-Richtung verlaufenden Zeilen und in z-Richtung verlaufenden Spalten angeordneten Photodioden 20, die hinsichtlich ihrer lichtsensitiven Empfangsfläche quadratisch ausgebildet sind. Die Form und Größe der lichtsensitiven Empfangsfläche einer Photodiode 20 entspricht dabei im Wesentlichen der Form und Größe der strahlungssensitiven Empfangsfläche eines Szintillatorelementes 14. Je ein Szintillatorelement 14 und die ihm zugeordnete Photodiode 20 bilden dabei ein Detektorelement, welches ein Pixel des Röntgenstrahlendetektors 5 verkörpert. Um, wie bereits erwähnt, mit dem Computertomographiegerät 1 Bilder mit erhöhter Ortsauflösung gewinnen zu können, ist das Array von Photodioden 10 im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels derart ausgebildet, dass jede Photodiode 20 in gleicher Weise in wenigstens zwei Sub-Photodioden untergliedert ist, was durch eine entsprechende Dotierung des zur Herstellung des Arrays von Photodioden 10 verwendeten Halbleitermaterials erreicht wird. Während die erste Sub-Photodiode 21 hinsichtlich ihrer lichtsensitiven Empfangsfläche quadratisch ausgebildet ist, weist die zweite Sub-Photodiode 22 hinsichtlich ihrer lichtsensitiven Empfangsfläche eine L-förmig Gestalt auf. Wie der 4 zu entnehmen ist, ergänzen sich die beiden Sub-Photodioden 21 und 22 zu einer Photodiode 20, die quadratisch ausgebildet ist.In 4 Figure 12 is a plan view of the relative to the array of scintillator elements 9 aligned array of photodiodes 10 shown. The array of photodiodes 10 comprises a plurality of rows extending in the φ-direction and columns extending in the z-direction 20 , which are square with respect to their light-sensitive receiving surface. The shape and size of the light-sensitive receiving surface of a photodiode 20 This corresponds essentially to the shape and size of the radiation-sensitive receiving surface of a scintillator element 14 , One scintillator element each 14 and its associated photodiode 20 form a detector element, which is a pixel of the X-ray detector 5 embodies. To, as already mentioned, with the computed tomography device 1 To be able to obtain images with increased spatial resolution is the array of photodiodes 10 in the case of the present embodiment, designed such that each photodiode 20 in the same way is subdivided into at least two sub-photodiodes, which by a corresponding doping of the for the production of the array of photodiodes 10 used semiconductor material is achieved. While the first sub-photodiode 21 is square in terms of their light-sensitive receiving surface, has the second sub-photodiode 22 with regard to their light-sensitive receiving surface on an L-shaped shape. Again 4 can be seen, complement the two sub-photodiodes 21 and 22 to a photodiode 20 which is square shaped.

Wie der 4 exemplarisch anhand zweier Photodioden 20 entnommen werden kann, weisen alle Photodioden 20 des Arrays von Photodioden 10 im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen Schalter 23 auf, der vorzugsweise in CMOS-Technik realisiert ist. Die Schalter 23 ermöglichen es, das Array von Photodioden 10 in zwei Betriebsmodi zu betreiben. Im ersten Betriebsmodus, in dem der Schalter geschlossen ist, trägt sowohl die erste Sub-Photodiode 21 als auch die zweite Sub-Photodiode 22 zur Signalgenerierung bei. In diesem Fall wird der Röntgenstrahlendetektor 5 oder speziell das Array von Photodioden 10 praktisch in konventioneller Weise betrieben, als ob es keine Untergliederung der Photodioden 20 gäbe. Die Ortsauflösung entspricht dabei der durch das Raster der Szintillatorelemente 14 und das deckungsgleiche Raster der Photodioden 20 vorgegebenen Ortsauflösung. Werden hingegen die Schalter 23 der Photodioden 20 geöffnet, so tragen jeweils nur die ersten Sub-Pixel zur Signalgenerierung bei, die jeweils von der ersten Sub-Photodiode 21 und dem Sub-Element 18 gebildet werden. Die L-förmige zweite Sub-Photodiode 22, der die restlichen Sub-Elemente 15, 16, 17 des im zugeordneten Szintillatorelementes 14 zugeordnet sind, trägt nichts zur Bildgebung bei. In diesem zweiten Betriebsmodus des – Arrays von Photodioden 10 können demnach von dem Objekt 4 Bilder mit erhöhter Ortsauflösung gewonnen werden. Das Schließen und Öffnen der Schalter 23 wird vorzugsweise über die Auswerteschaltung 13 gesteuert, wozu entsprechende, nicht explizit dargestellte Steuerleitungen vorhanden sind.Again 4 exemplified by two photodiodes 20 can be removed, all have photodiodes 20 of the array of photodiodes 10 in the case of the present embodiment, a switch 23 on, which is preferably implemented in CMOS technology. The switches 23 allow the array of photodiodes 10 operate in two operating modes. In the first mode of operation, in which the switch is closed, carries both the first sub-photodiode 21 as well as the second sub-photodiode 22 for signal generation. In this case, the X-ray detector becomes 5 or especially the array of photodiodes 10 operated practically in a conventional manner as if there were no subdivision of the photodiodes 20 there. The spatial resolution corresponds to that of the grid of Szintillatorelemente 14 and the congruent grid of photodiodes 20 given spatial resolution. Will, however, the switches 23 the photodiodes 20 open, so only contribute to the first sub-pixels for signal generation, each of the first sub-photodiode 21 and the sub-element 18 be formed. The L-shaped second sub-photodiode 22 containing the remaining sub-elements 15 . 16 . 17 in the associated scintillator element 14 are not associated with imaging. In this second mode of operation of the array of photodiodes 10 can therefore be from the object 4 Images are obtained with increased spatial resolution. Closing and opening the switches 23 is preferably via the evaluation circuit 13 controlled, for which corresponding, not explicitly shown control lines are present.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Szintillatorelemente 14 des Arrays von Szintillatorelementen 9 derart strukturiert, die Photodioden 20 des Arrays von Photodioden 10 so unterteilt und die beiden Arrays so relativ zueinander ausgerichtet, dass jeweils das untere rechte Sub-Element 18 der ersten Sub-Photodiode 21 und die restlichen Sub-Elemente 15, 16, 17 eines Szintillatorelementes 14 der zweiten Sub-Photodiode 22 zugeordnet sind. Die Unterteilung einer Photodiode 20, wie sie in 4 gezeigt ist, sowie die Gliederung eines Szintillatorelementes 14, wie sie in 3 gezeigt ist, ist aber nur exemplarisch zu verstehen. So kann eine Photodiode 20 auch andersartig, wie dies in den 5 und 6 exemplarisch dargestellt ist, in Sub-Photodioden untergliedert sein. Beispielsweise kann die erste Sub-Photodiode eine rechteckförmige Gestalt aufweisen und die zweite Sub-Photodiode eine L-förmige Gestalt, wie dies der 5 zu entnehmen ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, wie der 6 zu entnehmen ist, dass die erste Sub-Photodiode quadratisch oder rechteckförmig ausgebildet ist und die zweite Sub-Photodiode rahmenförmig, wobei die zweite Sub-Photodiode die erste Sub-Photodiode umgibt. Neben diesen zusätzlichen Ausführungsbeispielen von unterteilten Photodioden sind noch weitere, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen, denkbar, wobei je nach Untergliederung der Photodiode in Sub-Photodioden ggf. die Strukturierung der Szintillatorelemente entsprechend angepasst werden muss.In the case of the present embodiment, the scintillator elements 14 of the array of scintillator elements 9 structured in such a way, the photodiodes 20 of the array of photodiodes 10 so divided and the two arrays aligned so relative to each other, that in each case the lower right sub-element 18 the first sub-photodiode 21 and the remaining sub-elements 15 . 16 . 17 a scintillator element 14 the second sub-photodiode 22 assigned. The subdivision of a photodiode 20 as they are in 4 is shown as well as the outline of a scintillator element 14 as they are in 3 is shown, but is to be understood only as an example. So can a photodiode 20 also different, as in the 5 and 6 is shown as an example, be subdivided into sub-photodiodes. For example, the first sub-photodiode may have a rectangular shape, and the second sub-photodiode may have an L-shape, such as the one of FIG 5 can be seen. But there is also the possibility, like the 6 It can be seen that the first sub-photodiode is square or rectangular and the second sub-photodiode is frame-shaped, wherein the second sub-photodiode surrounds the first sub-photodiode. In addition to these additional embodiments of subdivided photodiodes are still further, without departing from the spirit, conceivable, depending on the subdivision of the photodiode in sub-photodiodes, if necessary, the structuring of the scintillator must be adjusted accordingly.

Die Erfindung wurde vorstehend am Beispiel eines Röntgen-Computertomographiegerätes beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein Röntgen-Computertomographiegerät beschränkt. Vielmehr können auch andere Röntgengeräte einen Detektor mit derart ausgebildeten Photodioden aufweisen.The invention has been described above using the example of an X-ray computed tomography device. However, the invention is not limited to an X-ray computed tomography device. Rather, other X-ray devices can also have a detector with photodiodes formed in this way.

Des Weiteren ist eine Anwendung der Erfindung außerhalb der Medizintechnik möglich.Furthermore, an application of the invention outside of medical technology is possible.

Falls vorteilhaft, kann eine Photodiode auch mehrere Schalter aufweisen, um beispielsweise beide Sub-Photodioden unabhängig voneinander betreiben zu können.If advantageous, a photodiode can also have a plurality of switches in order to be able to operate, for example, both sub-photodiodes independently of one another.

Des Weiteren kann eine Photodiode auch in mehr als zwei Sub-Photodioden unterteilt sein.Furthermore, a photodiode can also be subdivided into more than two sub-photodiodes.

Claims (8)

Detektor mit einem Array von Photodioden (10), welche hinsichtlich der Größe ihrer lichtsensitiven Empfangsfläche jeweils einem Pixel entsprechen, wobei jede Photodiode (20) in gleicher Weise in wenigstens zwei Sub-Photodioden (21, 22) untergliedert ist, und wobei jede Photodiode (20) wenigstens einen elektrischen Schalter (23) aufweist, so dass nur eine oder alle Sub-Photodioden (21, 22) der Photodiode (20) mit einer Auswerteschaltung (13) verbindbar sind, wobei jede Photodiode (20) in eine erste (21) und in eine zweite (22) Sub-Photodiode untergliedert ist, wobei die erste Sub-Photodiode (21) hinsichtlich ihrer lichtsensitiven Empfangsfläche quadratisch oder rechteckförmig ausgebildet ist, und wobei der Detektor weiterhin ein dem Array von Photodioden (10) zugeordnetes und relativ zu dem Array von Photodioden (10) ausgerichtetes Array von Szintillatorelementen (9) aufweist, so dass einer Photodiode (20) jeweils ein Szintillatorelement (14) zugeordnet ist, wobei die Szintillatorelemente (14) jeweils in mehrere Sub-Elemente (15, 16, 17, 18) unterteilt sind, wobei genau ein Sub-Element (18) eines Szintillatorelementes (14) der ersten Sub-Photodiode (21) zugeordnet ist und die restlichen Sub-Elemente (15, 16, 17) des Szintillatorelementes (14) der zweiten Sub-Photodiode (22) zugeordnet sind, wobei die Szintillatorelemente (14) sowie die Sub-Elemente (15, 16, 17, 18) durch Schlitze (30, 31, 32) voneinander getrennt sind, die mit einem Licht reflektierenden Material gefüllt sind.Detector with an array of photodiodes ( 10 ), which in terms of the size of their light-sensitive receiving surface in each case correspond to one pixel, each photodiode ( 20 ) in at least two sub-photodiodes ( 21 . 22 ), and wherein each photodiode ( 20 ) at least one electrical switch ( 23 ), so that only one or all sub-photodiodes ( 21 . 22 ) of the photodiode ( 20 ) with an evaluation circuit ( 13 ) are connectable, each photodiode ( 20 ) into a first ( 21 ) and into a second ( 22 ) Sub-photodiode is subdivided, wherein the first sub-photodiode ( 21 ) is square or rectangular in terms of its light-sensitive receiving surface, and wherein the detector further comprises an array of photodiodes ( 10 ) and relative to the array of photodiodes ( 10 ) aligned array of scintillator elements ( 9 ), so that a photodiode ( 20 ) a scintillator element ( 14 ), the scintillator elements ( 14 ) into several sub-elements ( 15 . 16 . 17 . 18 ), where exactly one sub-element ( 18 ) of a scintillator element ( 14 ) of the first sub-photodiode ( 21 ) and the remaining sub-elements ( 15 . 16 . 17 ) of the scintillator element ( 14 ) of the second sub-photodiode ( 22 ), the scintillator elements ( 14 ) as well as the sub-elements ( 15 . 16 . 17 . 18 ) through slots ( 30 . 31 . 32 ) are separated from each other, which are filled with a light-reflecting material. Detektor nach Anspruch 1, bei dem der Schalter ein Schalter (23) in CMOS-Technik ist.A detector according to claim 1, wherein the switch is a switch ( 23 ) in CMOS technology. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zweite Sub-Photodiode (22) hinsichtlich ihrer lichtsensitiven Empfangsfläche L-förmig ausgebildet ist.Detector according to Claim 1 or 2, in which the second sub-photodiode ( 22 ) is L-shaped with respect to its light-sensitive receiving surface. Detektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem ein Szintillatorelement (14) in vier Sub-Elemente (15, 16, 17, 18) unterteilt ist.Detector according to Claim 1, 2 or 3, in which a scintillator element ( 14 ) into four sub-elements ( 15 . 16 . 17 . 18 ) is divided. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Schlitze (30, 31) zwischen den Szintillatorelementen (14) breiter als die Schlitze (32) zwischen den Sub-Elementen (15, 16, 17, 18) sind.Detector according to one of Claims 1 to 4, in which the slots ( 30 . 31 ) between the scintillator elements ( 14 ) wider than the slots ( 32 ) between the sub-elements ( 15 . 16 . 17 . 18 ) are. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit mehreren ein Array von Szintillatorelementen und ein Array von Photodioden umfassenden Detektormodulen (8), von denen wenigstens eines ein Array von Photodioden (10) aufweist, dessen Photodioden (20) in gleicher Weise in wenigstens zwei Sub-Photodioden (21, 22) untergliedert sind.A detector according to any one of claims 1 to 5, comprising a plurality of detector modules comprising an array of scintillator elements and an array of photodiodes ( 8th ), at least one of which is an array of photodiodes ( 10 ) whose photodiodes ( 20 ) in at least two sub-photodiodes ( 21 . 22 ) are subdivided. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welcher für ein Röntgengerät (1) vorgesehen ist.Detector according to one of Claims 1 to 6, which is suitable for an X-ray machine ( 1 ) is provided. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welcher für ein Röntgen-Computertomographiegerät (1) vorgesehen ist.Detector according to one of Claims 1 to 7, which is suitable for an X-ray computed tomography apparatus ( 1 ) is provided.
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